东营北带东段胜坨—盐家地区砂砾岩扇体地层产状研究

王惠勇,韩宏伟,张云银,孔省吾,滕厚华

(1.中国石油大学(华东)地球科学与技术学院,山东青岛266580;2.中国石油化工股份有限公司胜利油田分公司物探研究院,山东东营257022)

东营北带东段胜坨—盐家地区砂砾岩扇体地层产状研究

王惠勇1,2,韩宏伟2,张云银2,孔省吾2,滕厚华2

(1.中国石油大学(华东)地球科学与技术学院,山东青岛266580;2.中国石油化工股份有限公司胜利油田分公司物探研究院,山东东营257022)

利用地震正演模拟、倾角测井分析、钻井地层对比等方法对东营凹陷北带胜坨—盐家地区砂砾岩扇体的地层产状进行了研究,取得以下成果：①在叠前深度偏移剖面上，陡坡带砂砾岩体存在向凸起的下倾现象,与时间域地震资料相比，能够更好地刻画砂砾岩体地层产状,与实际地层产状吻合性更好;②砂砾岩扇体地层产状主要受断层活动速率、断层倾角和古地形影响,在发育层系及空间分布上存在较大差异,按照倾角大小和产状可以分为背斜型、坡积型、反倾型和平缓型等4种类型;③砂砾岩体产状决定了油气藏类型和含油气分布范围,正确认识其地层产状对浅层和中深层砂砾岩体油气勘探具有重要影响。

砂砾岩扇体;地层产状;倾向;油气藏

济阳坳陷是一个在中生代构造背景上发展而成的新生代断拗盆地。在古近纪盆地断陷期,各凹陷陡坡带广泛发育冲积扇、扇三角洲、近岸水下扇等砂砾岩扇体,油气成藏条件优越,是胜利油田增储上产的重要阵地。多年来,针对中深层砂砾岩体建立了一系列地震预测技术,并取得了沟扇对应、扇根封堵、扇间有储和叠合连片等地质认识,建立了陡坡带中深层砂砾岩体的沉积及油气成藏模式,有力指导了砂砾岩体油气藏勘探发展[1-8]。但以往的研究均基于叠后时间偏移或叠前时间偏移资料,而这两种资料均不能解决大断面附近的速度突变问题,使得陡坡带砂砾岩扇体地震成像不准确,在实际工作中出现砂砾岩体地层产状解释结果与实钻结果不一致的情况,在一定程度上制约了陡坡带砂砾岩体油气藏的勘探。

盐18井区三维地震资料成像处理采用了波动方程叠前深度偏移方法,解决了大断面附近速度突变界面的成像问题,成像质量有了很大提高,由此发现陡坡带砂砾岩体地层的地震反射特征与以前的时间偏移资料相比发生了较大变化,很多区段的地层产状甚至发生了倒转。对于深度偏移资料解释的砂砾岩体地层产状,其可靠性引起人们的质疑。针对这一问题,本文以盐18井区叠前深度偏移资料为基础,利用地震正演模拟、倾角测井分析、钻井地层对比等方法研究东营北带东段胜坨—盐家地区砂砾岩体的地层产状,分析其成因的动力学机制,从而为准确刻画砂砾岩体的圈闭形态和研究其油气藏类型提供参考依据。

1 前期主要认识

胜坨—盐家地区位于济阳坳陷东营凹陷北部陡坡带东段(图1),北靠盐家气田,西临胜坨油田,东接永安油田。该地区在沙河街组沉积时期自西向东发育坨75井、盐16井和盐18井古冲沟,具有构造活动剧烈、坡度陡、高差大、物源近等特点,砂砾岩扇体广泛发育,是油气聚集的重要场所[9-10]。由于后期构造抬升剥蚀,部分地区缺失沙二段、沙一段和东营组。前期针对该区砂砾岩体油气藏在沉积类型、地震反射特征和油气成藏机制方面的研究取得以下认识。

1.1 沉积类型

研究区受湖盆边界断裂、构造旋回、物源条件及古气候等因素的控制,不同沉积时期和不同地区发育的扇体有所不同,以沙三段顶部为界大体可分为上、下两部分。上部地层包括沙二段、沙一段和馆陶组,主要发育河流相沉积,只在凸起边缘地区发育小型的扇三角洲沉积。下部地层主要包括沙三段和沙四段,是砂砾岩体的主要发育层系,其中沙四下亚段底部和沙三中亚段主要发育扇三角洲,沙四下亚段中上部、沙四上亚段和沙三下亚段主要发育近岸水下扇[9]。下部砂砾岩体整体呈现沟扇对应、退积为主、加积为辅和继承性发育特点。

图1 东营凹陷北带东段胜坨—民丰地区构造特征及井位分布

1.2 地震反射特征

研究区陡坡带发育的冲积扇、扇三角洲和近岸水下扇除在局部地区砂砾岩扇体地层出现向凸起倾斜现象外,大部分区域均呈现向凸起抬升、退积超覆的特征。另外,三种扇体的反射特征也略有不同。冲积扇扇根为短波状-杂乱反射结构,扇中可见斜交前积结构,扇端为亚平行振幅中连续反射。扇三角洲平原亚相反射振幅较弱、连续性差,一般为短波状-杂乱反射结构;扇三角洲前缘地震剖面上呈向盆内的“S”形前积或叠瓦式反射结构[6-8]。近岸水下扇扇根部位没有与冲积扇相连的波状、杂乱反射结构,在地震相平面图上,周围可见平行-亚平行、中-高振幅、中-高连续的湖泊相地震反射特征。

1.3 油气藏特征

目前,认为陡坡带扇体发育地层、构造和岩性3种油气藏类型。

1) 地层油气藏主要发育在浅层,是扇体向凸起超覆形成的地层超覆油气藏,扇体物性普遍较好,主要靠不整合面进行封堵,埋藏深度多在1800m以上。

2) 构造油气藏主要发育在1800～2200m,扇体成岩较差,物性相对较好,包括背斜油藏和断块油藏两种类型,背斜油藏主要靠扇体的背斜圈闭控制成藏,断块油藏主要靠凸起大断层和次级断层封堵控藏。

3) 岩性油气藏主要发育在2200m以下的中深层,在部分地区浅层也偶有发育。同时,扇体呈楔形向凸起方向抬升,油气主要在物性相对较好的扇中部位成藏,而扇根物性较差,是控藏主要因素。另外,受排烃压力等因素影响,油气充满度呈现明显的两分性：3300m以上,油气充满度相对较低,油藏底部普遍发育水层;3300m以下,油气充满度较高,普遍不发育水层。

2 陡坡带砂砾岩扇体地层产状研究

在叠前时间偏移地震剖面(图2a)上,陡坡带砂砾岩体地震反射多表现为向凸起抬升的产状(图2a 中黄色虚线所示),受此影响,前期一般认为砂砾岩体多为超覆于断剥面之上、向凸起上倾的地层产状。盐18井区叠前深度偏移资料(图2b)出站之后,发现部分陡坡带砂砾岩扇体地层的地震反射特征与叠前时间偏移资料相比发生了变化：扇根反射由原来向凸起抬升变为下倾,并随埋深增加反倾程度增大,尤其是沙三段和沙四段地层反倾现象明显(图2b中黄色虚线所示)。

我们通过地震正演模拟、倾角测井资料分析和开发井小层对比,来验证砂砾岩体扇根反倾存在的真实性以及深度偏移资料的可靠性。

2.1 地震正演模拟研究

根据钻井情况结合该区地质认识,建立了陡坡带砂砾岩体典型地质模型(图3a)。该模型共设计砂砾岩扇体12期,其中第1,2,3,4,5,10和11期扇体的扇根部位向凸起下倾,第6和7期扇体的扇根产状平缓,第8,9和12期扇体的扇根向凸起抬升;所有扇体的扇中和扇端均向凸起抬升。利用10阶有限差分波动方程数值模拟方法对该典型地质模型进行正演模拟,采用PML吸收边界条件,正演网格10m×6m,道距20m,249炮,1ms采样,时间记录长度4.5s,分别采用叠前时间偏移和波动方程叠前深度偏移方法对正演数据进行成像处理。对得到的叠前时间偏移剖面(图3b)和叠前深度偏移剖面(图3c)进行对比研究。

图2 盐18井区叠前时间偏移剖面(a)与叠前深度偏移剖面(b)上砂砾岩体地震反射特征对比

图3 陡坡带砂砾岩扇体地质模型(a)及其正演数据的叠前时间偏移剖面(b)和叠前深度偏移剖面(c)

由图3b可见,叠前时间偏移剖面上砂砾岩扇体地层产状与模型相比发生以下变化：①每期扇体顶部地震反射同相轴的倾角大于模型砂砾岩体的实际倾角;②埋藏相对较浅的第1期至第4期扇体的扇根部位在向凸起一侧具有先下倾后抬升的现象,类似断层或褶曲的响应,与模型实际产状相比变化较大;③扇根顶部平缓且形成强反射的第7期和扇根向凸起下倾的第10期在叠前时间偏移剖面上的反射特征都变为向凸起抬升,变化最为明显。

与叠前时间剖面相比,图3c的叠前深度偏移剖面上各期砂砾岩体地层产状与模型较为一致。对于叠前时间偏移剖面中砂砾岩体反射产状的假象,分析认为主要是由于时间域成像方法无法解决从砂砾岩体到凸起的速度横向突变问题,从而造成反射假象;而深度偏移成像技术则解决了速度横向突变问题,提高了成像精度,所以能较为准确地反映砂砾岩体地层的实际产状。

2.2 倾角测井资料

对研究区由叠前时间偏移、叠前深度偏移地震资料和倾角测井资料得到的砂砾岩扇体的倾向和倾角进行了统计分析(表1)，发现：①利用叠前时间偏移地震资料计算得到的倾向普遍向凸起抬升,即南倾,倾角较小,一般在1.5°～7.5°;而叠前深度偏移资料和倾角测井资料得到的砂砾岩体地层普遍北倾,倾角较大,一般在2.0°～25.0°；②利用叠前深度偏移资料计算得到的倾向和倾角与测井资料解释结果基本一致。

表1 东营凹陷盐家地区砂砾岩体倾向和倾角统计

2.3 实钻井地层对比

在时间域地震剖面上,陡坡带砂砾岩体地震反射多表现为向凸起上倾抬升的现象,由此认为研究区砂砾岩体具有超覆于断面之上、向凸起上倾的地层产状。但由于砂砾岩体和凸起地层速度多高于洼陷内泥岩速度,加之叠前时间偏移自身算法的问题,使得时间偏移后地震剖面上的扇体反射特征并不能代表实际地层产状,即使进行速度校正后,与实际地层产状也存在一定差异。如图4所示盐18井区,叠前深度偏移剖面(图3a)上盐18-1井至盐18井油层反射为向北倾斜,与实钻井钻遇油层对比结果(图3b)一致。

图4 叠前深度偏移连井地震剖面(a)与实钻井地层对比剖面(b)

3 砂砾岩扇体地层产状类型及主控因素分析

3.1 砂砾岩扇体产状类型

根据倾角测井资料、实钻井小层对比和地震叠前深度偏移剖面等资料联合解释的砂砾岩体倾角大小及产状,将研究区砂砾岩体划分为背斜型、坡积型、反倾型和平缓型等4种类型(图5)。

图5 胜坨—盐家地区砂砾岩体产状主要类型

3.1.1 背斜型

背斜型砂砾岩体主要分布在古冲沟正前方,按照形成原因又可以分为滚动背斜型和差异压实型两种。滚动背斜型主要是同沉积断层形成的滚动背斜,在沙河街组、东营组和馆陶组均有发育,其中沙四段和沙三段较为普遍,分布范围也相对较广。差异压实型主要分布在馆陶组浅层,由于差异压实形成的砂砾岩体背斜。浅层滚动背斜型和差异压实型扇体产状在时间域地震剖面上整体产状变化不大,但随着埋藏深度的增加背斜的构造幅度会逐渐降低直至消失,从而被误认为平缓型,部分地区甚至为被认为是坡积型。

3.1.2 坡积型

坡积型砂砾岩体主要为超覆在断剥面上的各种扇体,扇体产状在沉积后未发生较大变化,是较为常见的砂砾岩体类型。一般分布在古冲沟之间的山梁处或者断层生长速率相对较小的地区,在层系上沙二段、沙一段、东营组和馆陶组最为常见。由于时间域地震剖面上扇体的倾角普遍增大,原来认为的坡积型砂砾岩体倾角一般要大于实际倾角。

3.1.3 反倾型

砂砾岩扇体整体向凸起方向倾斜,向扇端方向抬升。该类型砂砾岩扇体主要分布在断层活动速率较大地区,并且沙四段和沙三段地层具有一致性。在时间域地震剖面上,浅层反倾砂砾岩体的扇根反射一般会出现褶曲现象,在靠近凸起一侧向凸起抬升,形成相反的地层产状;中深层砂砾岩体地震反射同相轴的反倾角度会减小,部分会呈现出平缓型和低角度坡积型形状。这一问题即使经过速度校正也难以得到纠正,因此,原来认为的很多低角度坡积型和平缓型砂砾岩体可能为反倾型。

3.1.4 平缓型

砂砾岩扇体倾角较小,基本呈水平状分布。该类型砂砾岩扇体主要分布在沙三中上亚段、沙二段、东营组和馆陶组,在断层活动速率不是很大的局部地区沙三下亚段和沙四段也会发育该类型砂砾岩体。该类型扇体数量较少,在时间域地震剖面中为坡积型样式。原来被认为是坡积型的部分扇体应该为平缓型。

3.2 砂砾岩扇体地层反倾形成机制

同沉积断层下降盘地层倾向发生变化是一种正常的构造现象。研究发现,倾角大小和地层倾向主要跟断层活动速率、断剥面倾角和古地形有关[11-14]。

3.2.1 断层活动速率

通过对研究区断层活动速率和砂砾岩扇体倾角关系的研究发现,断层活动速率与陡坡带砂砾岩扇体地层产状具有密切关系(图6)。断层活动速率较小的馆陶组、东营组、沙一段和沙二段砂砾岩扇体均表现为向凸起方向抬升的地层产状,与沉积时地层产状相比未发生大的改变。而断层活动速率大于100m/Ma的沙三段、沙四纯上亚段、沙四纯下亚段和沙四下亚段地层倾向大部分发生反转,并且整体表现出地层倾角随断层活动速率增大而增大的特性。

图6 胜坨—民丰断裂带断层活动速率与砂砾岩体地层倾角的关系

3.2.2 断层倾角

断层倾角与地层产状也存在一定关系。以盐家地区过盐22井和盐18井古冲沟为例,胜北断层在纵向上分为明显的三段式,沙三段中、上亚段及其以上地层对应的断层倾角在29.9°左右,在沙三下亚段断层倾角在26.0°,沙三下亚段以下地层断层倾角在22.2°,具有随埋深增加倾角减小的特点。而砂砾岩扇体靠近大断层一侧的地层倾角具有随断层倾角减小而增大的特点(图7)。

3.2.3 古地形

陡坡带砂砾岩扇体具有沟扇对应的发育特征,近期研究发现陡坡带砂砾岩扇体地层产状与古地形具有较大关系,在古冲沟前方的砂砾岩扇体主要发育区容易形成向凸起倾斜现象[15],而在古冲沟之间的山梁处,扇体相对不发育,地层多向凸起抬升,很少出现向凸起的回倾现象。如图8所示,盐8-永92-永924井位于盐18井古冲沟内,是砂砾岩体的主要发育区,自永92井向北,砂砾岩扇体根部向凸起出现明显的回倾现象;而自古冲沟向东的永85井一侧,为当时沉积时的古山梁且远离扇体主发育区,中深层地层均向凸起抬升,未出现明显回倾现象。

图7 胜坨—民丰断裂带断层倾角与砂砾岩体地层倾角的关系

图8 盐18井区叠前深度偏移资料过盐8-永92-永924-永85井地震剖面

4 结论与认识

物探技术进步是推进地质认识逐步深化的主要动力。通过对东营凹陷北带胜坨—盐家地区叠前深度偏移资料中陡坡带砂砾岩扇体地层产状的研究,取得以下结论与认识。

1) 地震正演模拟、倾角测井分析和钻井地层对比结果证实,叠前深度偏移资料中陡坡带砂砾岩体地层产状广泛出现的向凸起回倾现象是真实的。在刻画陡坡带砂砾岩体产状时,叠前深度偏移资料比时间域地震资料更准确。

2) 陡坡带砂砾岩扇体普遍发育向凸起的回倾现象,而不是只在局部出现。按其倾角大小和产状可以分为背斜型、坡积型、反倾型和平缓型等4种类型,主要受断层活动速率、断层倾角和古地形影响。

3) 叠前深度偏移方法能够较为客观地对陡坡带砂砾岩扇体进行成像,从而为准确刻画砂砾岩体的圈闭形态,为研究其油气藏类型和含油气分布范围提供资料保障,对砂砾岩体油气藏勘探具有重要影响。

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(编辑：顾石庆)

Study on the occurrence of glutenite fans in Shengtuo-Yanjia area,the east section of Northern Dongying sag

Wang Huiyong1,2,Han Hongwei2,Zhang Yunyin2,Kong Xingwu2,Teng Houhua2

(1.CollegeofGeo-scienceandTechnology,ChinaUniversityofPetroleum,Qingdao266580,China;2.GeophysicalResearchInstitute,ShengliOilfieldCompany,SINOPEC,Dongying257022,China)

By forward modeling,dip logs analysis,drilling stratigraphic correlation and some other technical means,the occurrence of glutenite fans in the steep slope zone of Shengtuo-Yanjia area,Dongying Depression were studied and we got the following results.①In the prestack depth migration section,the occurrence of glutinite fans show declination to the uplift compared with time domain ones prestack depth migration data can better describe the glutinite formation occurrence and which is better charcterized and coincides with the actual occurrence of glutinite fans in depth domain than in time domain.②The occurrence of glutenite fans is mainly controlled by the fault activity rate,the dip of fault and paleotopography and there is a big difference in the growth strata and spatial distribution;according to the inclination and occurrence,the glutenite fans can be divided into anticline type,slope type,anti-dumping type and horizontal type.③The occurrence of glutenite fans determines the reservoir type and the hydrocarbon distribution range that has an important influence on the oil and gas exploration in shallow and middle-deep glutenite hydrocarbon reservoirs.

glutenite fans,formation occurrence,declination,hydrocarbon reservoir

2014-05-29;改回日期：2014-11-24。

王惠勇(1977—),男,博士在读,主要从事油气储层地质学与地震预测方面的研究。

P631

A

1000-1441(2015)02-0203-07

10.3969/j.issn.1000-1441.2015.02.012